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組串式逆變器功率趨勢探討
2019-12-03

  光伏并網逆變器,從2009年開始,技術發展日新月異:首先,效率越來越高,最高效率從96%到99%以上;其次,價格越來越低,組串式逆變器從單瓦2元下降到2角,這其中的一個原因是逆變器功率越來越大,逆變器的成本將越來越低。

  2013年前,20kW的組串式逆變器已是大功率,2014年開始出現28kW,2015年達到40kW,以后每年以10kW的速度遞增,2017年開始進入1500V系統,逆變器也突破100kW,到2019年,更是突破200kW,組串式逆變器最大輸出功率到達225kW。光伏行業的人或許在想,組串式逆變器的功率會不會這樣一直越做越大,有沒有一個極限?

  光伏發電行業每一次成功的變革,都有一個清晰的主線邏輯,那就是成本下降效率提升,帶動發電度電成本快速下降。從系統上考慮,逆變器單機功率越大,交流電纜和配電柜的成本就越低,所以逆變器的單機功率有上升的需求,但是逆變器的功率還是受到內因和外因的限制,內因是功率器件能否支持,逆變器的散熱等技術問題能否解決,外因是逆變器單機功率越大,組件的分布范圍就越大,直流電纜的距離越遠,線損越大,所以單臺逆變器覆蓋的組件范圍應該有限制,逆變器的單機最大功率也取決于單塊組件的功率。組串式逆變器最大功率受到功率器件,線路布置,組件功率的限制。


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功率器件的限制


  功率器件是逆變器最核心的器件,工作時都在高電流電壓狀態下,容易失效。30kW以下的逆變器,一般都是用分立器件(單管)來設計,隨著逆變器功率的增大,而功率器件受到散熱的限制,電流不會一直增加下去,是有限的。因此大功率逆變器采用多個器件并聯,以增加電流,采用多電平技術,降低單個器件的電壓,減少損耗,這樣可以讓逆變器的功率增大,但同時也帶來一個問題,那就是功率器件增多,加大了管理難度,所以大功率逆變器一般采用集成多個分立器件的功率??槔瓷杓?。

  目前主流的組串式逆變器大都采用TNPC、NPC、ANPC 3種典型的三電平中點鉗位拓撲。各有其特點,NPC經典穩定,TNPC 實現低開關損耗,而 ANPC 則具備低寄生電感的優勢。1500V的功率???,普通采用含1200V和950V IGBT芯片。針對 DC-DC 升壓???,1個MPPT 通道可支持最大約 25A 光伏組串輸入(2 個組串并聯),各??槎加脅煌?MPPT 數、IGBT 額定電流、SiC 二極管額定值,應根據應用所需的 MPPT 數和每路 MPPT 的功率選用適當的??楹湍?槭?。

  按照目前的軟件控制和工藝設計水平,前級的升壓可以做到同時控制5個升壓???,這樣最多可以有15路MPPT,光伏最多有30個組串輸入。大型電站一般使用72片以上的大組件,1100V系統每路接18塊,最多可以接入540塊組件,如果是60片的小組件,1500V系統每路接28塊,最多可以接入840塊組件。



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組串數量的限制


  從操作可行性上講,一臺逆變器可以接很多組件。但是實際應用,要考慮光伏電纜的長度、直流電纜的損耗。目前光伏直流電纜標配是線徑為4mm的光伏電纜,在環境溫度40度時,內阻約為5歐姆/千米。光伏直流損耗一般要求小于2%,包括光伏連接器的損耗和電纜的損耗,在1100V系統中,如果組串電壓是680V,要求直流電壓損耗不超過13.5V,1500V系統;如果組串電壓1080V,要求直流電壓損耗不超過21.6V,如組串最大電流為9A,1100V系統直流內阻要求不超過1.5歐姆,1500V系統直流內阻要求不超過2.4歐姆。

  光伏連接器選擇和壓接很重要,目前質量可靠,壓接工藝很好的一對接頭,初始內阻約為0.005-0.01歐姆,運行時間越久,內阻越大,大部分接頭會穩定在0.012歐姆左右,1100V系統如果接18塊組件,有20對光伏連接器,60個接觸點,總內阻約0.7歐,1000V系統如果接28塊組件,有32對光伏接頭,96個接觸點總內阻約1.1歐姆。計算后,1100V系統電纜最大壓降約為0.8歐姆,直流電纜的長度不能超過160米,算上正負兩極,最遠端的組件離逆變器的距離不超過80米,如果組件陣列組成一個正方形,逆變器放在正中間,組件數量最多可以達600塊;1500V系統電纜最大壓降約為1.3歐姆,直流電纜的長度不能超過300米,算上正負兩極,最遠端的組件離逆變器的距離不超過150米,如果組件陣列組成一個正方形,逆變器放在正中間,組件數量最多可以達1000塊。


  總結


  綜上所述, 1100V系統,最多可接入540塊組件,如果接入主流400W組件,則一分快三哪里有买最大功率可以達到216kW;如果以后主流組件達到500W,則逆變器最大功率可以達到270kW。1500V系統,最多可接入的是840塊組件,如果接入主流400W組件,則逆變器最大功率可以達到336kW,如果以后主流組件達到500W,則逆變器最大功率可以達到420kW。


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